Numerische Untersuchungen zur Entstehung von Sekundärströmungen in Mikrostrukturen
Marc Sell
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden numerische Berechnungen an drei verschiedenen idealisierten, mikrostrukturierten Bauteilen (T-Mischer, Interdigitalmischer/-reaktor) durchgeführt, die einen Einblick in das Strömungsverhalten von Fluiden innerhalb dieser Bauteile gewähren. Dabei wurde ein besonderes Augenmerk auf jene inneren Strukturen eines Bauteils gelegt, an denen sich Sekundärströmungen ausbilden, da diese Sekundärströmungen zu einer Erhöhung der volumenspezifischen Energiedissipation in das System führen.
Um die verbesserte Mischleistung innerhalb eines mikrostrukturierten Bauteils zu erfassen, wurde in der vorliegenden Arbeit die Turbulente Kinetische Energie (TKE) als Indikator für die Mischleistung eingeführt. Es konnte gezeigt werden, dass höhere Strömungsgeschwindigkeiten und niedrigere Viskositäten in den Simulationen zu höheren TKEs führen. Dies korrespondiert eindrucksvoll mit den experimentellen Mischgütebestimmungen, bei denen eine analoge Variation der genannten Einflussgrößen zu einer verbesserten Mischleistung führt.
Insbesondere in Einlaufzonen, Winkeln und Verengungen konnten hohe Anstiege der TKE beobachtet werden, was den Schluss nahelegt, dass diese Bereiche besonders stark zur Mischleistung beitragen.
